Die strategischen Zielsetzungen von COMET sind der Aufbau neuer Kompetenzen durch die Initiierung und Unterstützung einer langfristig ausgerichteten Forschungszusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft auf höchstem Niveau sowie der Aufbau und die Sicherung der Technologieführerschaft von Unternehmen. Durch die Weiterentwicklung und Bündelung existierender Stärken und die Einbindung von internationalem Forschungs-Know-how soll der Forschungsstandort Österreich nachhaltig gestärkt werden.

Das Kompetenzzentrum BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH wird im Rahmen von COMET - Competence Centers for Excellent Technologies durch BMK, BMAW und die Länder Wien, Niederösterreich und Steiermark gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt.

Als Bindeglied zwischen akademischer Forschung und industrieller Technologieentwicklung ist es unsere Vision, nachhaltige und zirkuläre Bioraffinerieprozesse und -technologien zur Herstellung von grünen Gasen, grünen flüssigen Kraftstoffen und grünen Produkten zu entwickeln und zu demonstrieren, um den Übergang zu einer klimaneutralen und von fossilem Kohlenstoff freien Wirtschaft zu unterstützen. Daher wird die Ressourcenbasis auf organische Reststoffe, Abfälle und CO2 erweitert. Umwandlungstechnologien werden weiterentwickelt oder neu konzipiert, um einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen und eine angemessene Systemintegration der Wertschöpfungskreisläufe auf Basis neuer Rohstoffe zu ermöglichen. Durch die Nutzung unserer hervorragenden experimentellen Einrichtungen, die vom Labor bis zur Pilot- und Demonstrationsanlage reichen, ist es unser Ziel, angewandte Forschung von höchster wissenschaftlicher Qualität durchzuführen.

Fortschrittliche digitale Methoden setzen wir für die Technologieentwicklung ein und nutzen diese auch für die Basisautomatisierung, die Optimierung und die Überwachung des Betriebs von Einzeltechnologien und von Gesamtanlagen. Mit Hilfe holistischer und technologieneutraler Planungswerkzeuge sichern wir die bestmögliche Integration von Bioraffinerien und Energiebereitstellungstechnologien in ein nachhaltiges, erneuerbares Energie- und Ressourcensystemsystem.

Im Projekt BIO-LOOP werden innovative Technologien zusammengeführt, um ein neues Konzept zur Herstellung von grünem Wasserstoff aus biogenen, festen Reststoffen zu entwickeln.

Chemical Looping (CL) Prozesse zur Erzeugung von grünem Wasserstoff stellen eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Herstellungsverfahren dar. Dabei wird Wasserdampf über Feststoffe, sogenannte Sauerstoffträger, geleitet, der durch die Abgabe von Sauerstoffatomen an den Feststoff zu Wasserstoff umgewandelt wird. Um dies zu erreichen müssen dem Sauerstoffträger, meist Metall-Oxide, zunächst Sauerstoff-Atome entzogen werden. Diese Prozessschritte der Reduktion und Oxidation werden verfahrenstechnisch in einem sogenannten Chemical-Loop ausgeführt. Im vorliegenden Konzept nutzt man dafür das Reduktionspotential eines Gases, welches durch die thermo-chemische Umwandlung von erneuerbaren Einsatzstoffen, der sogenannten Feststoff-Vergasung, entsteht. Im Gegensatz zur vollständigen Verbrennung, erhält man nach dem Vergasungsprozess ein CO-, H2-, CH4-reiches Gas mit der Fähigkeit dem Sauerstoffträger, Sauerstoffatome zu entziehen (Reduktionspotential).

Im Rahmen des Projektes BIO-LOOP wurde die Kopplung der Systeme Festbett-Vergasung und der CL-Wasserstoff-Produktion im Technikumsmaßstab umgesetzt, um experimentelle Untersuchungen unter industrienahen Bedingungen durchführen zu können. Dabei wurden aus dem erzeugten Rohgas zunächst Verunreinigungen entfernt (Staub, Schwefel-Komponenten, höhere Kohlenwasserstoff-Komponenten) und der CO2-Gehalt reduziert (Standard-Konfiguration). Um das Reduktionspotential des Gases zu erhöhen wurde das Setup durch eine zusätzliche Nachreaktionszone (Reformer) unmittelbar nach dem Vergaser ergänzt, wobei darüber hinaus auch noch der Einfluss einer zusätzlichen Dampfeinblasung untersucht wurde. Um das Konzept beurteilen zu können, wurde die Prozesseffizienz bezogen auf das umgewandelte Rohgas und die Reinheit des erzeugten Wasserstoffs gemessen. Dafür wurde der Testaufbau mit entsprechender Online- und Offline-Gas-Sensorik (NDIR, μ-GC, FTIR, bzw. Tar-SPE) ausgestattet.

Ergebnisse
Die Zusammensetzung des Reduktionsgases aus dem Biomassevergasungsprozess mit einer CO-Konzentration von teils über 30 Vol.-% und schwankenden Gasqualitäten verursachten zunächst insbesondere in Übergangszonen vor und unmittelbar am Eintritt des Chemical-Loop-Reaktors Kohlenstoff-ablagerungen, welche sich in sehr hohen Verunreinigungen des Produkt-Wasserstoffs (>4000 ppm) widerspiegelten. Durch die Änderungen des Setups (Reformierung unmittelbar nach der Vergasungszone mit zusätzlicher Dampfeinblasung) konnte eine Wasserstoffreinheit von 99,9922 Vol.-% erreicht werden (Verunreinigungen <100 ppm). Ebenso konnten die produzierte Wasserstoff-Ausbeute und die Prozesseffizienz deutlich verbessert werden.

Wasserstoffausbeute und Prozesseffizienz unterschiedlicher Setup-Konfigurationen
*Energieinhalt H₂-Produkt zu umgesetzten Rohgas

Ausblick
Im letzten Projektjahr soll eine techno-ökonomische Analyse das Umsetzungspotential des Konzeptes bewerten. Ebenso werden Möglichkeiten zur weiteren Steigerung des Reduktionspotentials des Vergasergases durch experimentelle Versuche zur Dampf-O2-Luft-Vergasung von Biomasse im Technikumsvergaser BEST untersucht.

Partner

• TU Graz (ITE, CEET)
• TU Wien
• NIC Ljubljana
• CSIC Spain
• Chalmers University of Technology
• Aichernig Engineering GmbH
• AVL List GmbH
• Christof Industries Austria GmbH
• Rouge H2 Engineering GmbH
• SW-Energie Technik GmbH
• TG Mess-, Steuer- und Regeltechnik GmbH
• Rohkraft- Ing. Karl Pfiehl GmbH

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